Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

Grado 11 → Ondas y oscilaciones → Movimiento Armónico Simple ↓


Oscilaciones amortiguadas y forzadas


Introducción

Las oscilaciones son una parte integral de nuestras vidas diarias y la naturaleza. Desde la forma en que oscila el péndulo de un reloj hasta la vibración de nuestras cuerdas vocales al hablar. Comprender las oscilaciones nos puede proporcionar información sobre diversos fenómenos naturales y aplicaciones tecnológicas. El Movimiento Armónico Simple (SHM) tiene dos tipos de oscilaciones, oscilaciones amortiguadas y oscilaciones forzadas. En esta lección, explicaremos estos conceptos de manera simple y fácil de entender.

Comprendiendo el Movimiento Armónico Simple (SHM)

Antes de profundizar en las oscilaciones amortiguadas y forzadas, repasemos nuestro entendimiento sobre el movimiento armónico simple (SHM). El SHM es un tipo de movimiento oscilatorio donde la fuerza restauradora es directamente proporcional al desplazamiento desde la posición media y actúa en dirección opuesta al desplazamiento. Se puede expresar matemáticamente como:

F = -kx

Aquí, F es la fuerza restauradora, k es la constante del resorte y x es el desplazamiento desde la posición media. El signo negativo indica que la fuerza está en dirección opuesta al desplazamiento.

Veamos un ejemplo de un oscilador armónico simple:


    
    
    
    Posición promedio
    ↔ F
    ↔ X

En la visualización, el círculo azul representa un objeto oscilante que se mueve de un lado a otro alrededor de una posición media. Las flechas representan cantidades vectoriales: desplazamiento x en verde y fuerza F en rojo.

Oscilación amortiguada

En el mundo ideal, las oscilaciones continuarían indefinidamente. Sin embargo, en la vida real, los sistemas oscilantes están sujetos a fuerzas como la fricción y la resistencia del aire, lo que hace que pierdan energía con el tiempo. Este tipo de movimiento se llama oscilación amortiguada.

Tipos de amortiguamiento

Existen diferentes grados de amortiguamiento dependiendo del medio y las fuerzas:

  • Subamortiguado: El sistema oscila con una amplitud que disminuye gradualmente.
  • Críticamente amortiguado: El sistema vuelve a la posición de equilibrio rápidamente sin oscilación.
  • Sobreamortiguado: El sistema vuelve al equilibrio lentamente, sin oscilación.

La expresión matemática para las oscilaciones amortiguadas es:

x(t) = A e^(-bt/2m) cos(ωt + φ)

Aquí, A es la amplitud inicial, b es el coeficiente de amortiguamiento, m es la masa, t es el tiempo, ω es la frecuencia angular, y φ es el ángulo de fase.

Imaginemos una oscilación ligeramente amortiguada:


    
    
    
    Tiempo
    Dimensiones

En la visualización anterior, la curva roja muestra cómo la amplitud disminuye con el tiempo en un sistema subamortiguado.

Ejemplo práctico de oscilaciones amortiguadas

Considere el sistema de suspensión de un automóvil. Los resortes y amortiguadores en la suspensión están diseñados para reducir las vibraciones causadas por baches y huecos en la carretera, haciendo el viaje más cómodo.

Oscilación forzada

En la oscilación forzada, una fuerza externa actúa continuamente sobre el sistema, proporcionándole energía. El sistema oscila bajo la influencia de una fuerza periódica externa.

F(t) = F_0 cos(ω_d t)

Aquí, F(t) es la fuerza periódica externa, F_0 es la amplitud de la fuerza, y ω_d es la frecuencia angular de conducción.

Resonancia en oscilación forzada

La resonancia es un concepto importante relacionado con la oscilación forzada, que ocurre cuando la frecuencia de la fuerza externa coincide con la frecuencia natural del sistema. Esto puede causar un aumento significativo en la amplitud, lo que a veces puede llevar a fallos estructurales como el colapso de puentes debido a soldados marchando o cuando un cantante rompe un vaso cantando en su frecuencia natural.

Ejemplo práctico de oscilación forzada

Un ejemplo simple de oscilación forzada es empujar un columpio a intervalos regulares. La fuerza externa aplicada por la persona que empuja mantiene el columpio en movimiento.

Imaginemos el fenómeno de resonancia:


    
    
    
    Tiempo
    Dimensiones

La curva azul muestra el aumento de amplitud debido a la resonancia.

Conclusión

Comprender las oscilaciones amortiguadas y forzadas abre la puerta a explorar sistemas físicos complejos. Este conocimiento ayuda en el diseño de dispositivos tecnológicos y en la comprensión de sistemas naturales. Al entender estos conceptos fundamentales, has dado el primer paso hacia una mayor exploración en la física.


Grado 11 → 5.1.3


U
username
0%
completado en Grado 11

← Anterior (5.1.2)
Energía en MAS
Siguiente (5.1.4) →
Resonancia y aplicaciones

Comentarios 



Oscilaciones amortiguadas y forzadas

https://www.physicsflow.com/g11/5.1.3?pfal=es